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LEONARDO NAZÁRIO SILVA DOS SANTOS
IRRIGAÇÃO DA CANA-DE-AÇÚCAR COM ESGOTO
TRATADO POR GOTEJAMENTO SUBSUPERFICIAL
CAMPINAS 2014
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA AGRÍCOLA
LEONARDO NAZÁRIO SILVA DOS SANTOS
IRRIGAÇÃO DA CANA-DE-AÇÚCAR COM ESGOTO
TRATADO POR GOTEJAMENTO SUBSUPERFICIAL
Tese apresentada à Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para obtenção do título de Doutor em Engenharia Agrícola, na Área de Concentração de Água e Solo.
Orientador: Prof. Dr. EDSON EIJI MATSURA
Co-Orientadora: Profa. Dra. REGINA CÉLIA DE MATOS PIRES
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELO ALUNO LEONARDO NAZÁRIO SILVA DOS SANTOS, E ORIENTADO PELO PROF. DR. EDSON EIJI MATSURA.
CAMPINAS 2014
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Ficha catalográfica
Universidade Estadual de Campinas Biblioteca da Área de Engenharia e Arquitetura
Luciana Pietrosanto Milla - CRB 8/8129
Sa59i
Santos, Leonardo Nazário Silva dos, 1984-
SanIrrigação da cana-de-açúcar com esgoto tratado por gotejamento
subsuperficial / Leonardo Nazário Silva dos Santos. – Campinas, SP : [s.n.], 2014. SanOrientador: Edson Eiji Matsura.
SanCoorientador: Regina Célia de Matos Pires.
SanTese (doutorado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola.
San1. Água residuária. 2. Reflectometria no domínio do tempo (TDR). 3.
Saccharum officinarum . 4. Sistema radicular. 5. Manejo da irrigação. I. Matsura, Edson Eiji,1956-. II. Pires, Regina Célia de Matos. III. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola. IV. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Sugarcane production using treated sewage applied by subsurface
drip irrigation
Palavras-chave em inglês:
Wastewater
Time domain reflectometry (TDR) Saccharum officinarum
Root system
Irrigation management
Área de concentração: Água e Solo Titulação: Doutor em Engenharia Agrícola Banca examinadora:
Edson Eiji Matsura [Orientador] Tamara Maria Gomes
Rubens Duarte Coelho Claudinei Fonseca Souza Roberto Testezlaf
Data de defesa: 16-05-2014
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RESUMO
A agricultura irrigada é a atividade caracterizada pelo alto consumo de água. Nesse contexto, a utilização de efluente de esgoto tratado (EET) como fonte de água para a irrigação pode ser uma alternativa para substituição de água doce, mas que requer estudos específicos para adoção e uso de forma sustentável. Assim, objetivou-se avaliar os efeitos da aplicação de EET via gotejamento subsuperficial sobre as propriedades físicas do solo (Latossolo Vermelho distroférrico), distribuição da umidade no perfil do solo, desenvolvimento do sistema radicular, a produção de colmos e a qualidade tecnológica do caldo da cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.). O experimento foi instalado em Campinas-SP, Brasil, adotando-se delineamento em blocos casualizados em esquema fatorial 2x2x2+1, com cinco repetições. Os fatores estudados foram: duas profundidades de instalação do tubo gotejador (0,2 e 0,4 m); duas qualidades de água (efluente de esgoto tratado – EET, e água de reservatório superficial – ARS); complementação nutricional via fertirrigação (com complementação nutricional – CN, e sem complementação nutricional – SN); e a testemunha sem irrigação. Para avaliação da umidade no perfil do solo foi utilizada a técnica da TDR (Time Domain Reflectometry); para a avaliação radicular foi utilizado o sistema minirhizotron; para determinar os atributos físicos do solo foram utilizadas amostras deformadas e indeformadas; e a produtividade estimada por biometria. O uso de efluente de esgoto tratado como fonte hídrica na irrigação demonstrou ser opção sustentável do ponto de vista agronômico, proporcionando incrementos na produtividade e melhoria na qualidade tecnológica da cana-de-açúcar em relação ao tratamento sem irrigação. A instalação do tubo gotejador a 0,2 m de profundidade disponibilizou água na região de maior desenvolvimento radicular e reduziu as perdas de água por evaporação e por percolação profunda. Os fatores testados não alteraram significativamente os parâmetros sódico-salinos, as propriedades físicas do solo e o comprimento radicular da cana-de-açúcar.
Palavras-chave: água residuária; reflectometria no domínio do tempo (TDR); Saccharum
ix
ABSTRACT
Irrigated agriculture is characterized by higher water consumption. In this context, the use of treated sewage effluent (TSE) as a water resource for irrigation can be an alternative in replacing freshwater, however it requires specific studies for adoption and as well as for sustainable use. Therefore, this study aimed to evaluate the TSE subsurface drip irrigation effect on a dystrophic Red Latossolo (Oxisol) physical properties, the effect on the moisture distribution in the soil profile, on the root system development, as well as on the yielding and quality of produced sugarcane (Saccharum officinarum L.). The experiment was carried out in Campinas-SP, Brazil, adopting a randomized block design in a 2x2x2+1 factorial, with five replications. Studied factors included: two depths of the dripline (0.2 to 0.4 m); two water qualities (treated sewage effluent – TSE, and surface reservoir water – SRW); nutritional supplementation by fertigation (with nutritional supplementation – NS, and without nutritional supplementation - WNS); and no irrigation (NI). To evaluate the moisture in the soil profile it was used the technique named TDR (Time Domain Reflectometry); to evaluate root development was used the system known as minirhizotron; to determine soil physical properties it was employed disturbed and undisturbed samples; and productivity estimated by biometrics. The use of treated sewage effluent as a water resource for irrigation proved to be a sustainable option through the agronomic point of view, providing productivity increases and improvement of technological quality of sugarcane compared to treatment without irrigation. The installation of the dripline to 0.2 m depth provided of water in the region highest root development and reduced water losses by evaporation and deep percolation. The tested factors did not significantly alter the sodic-saline parameters, the physical properties of soil and root length of sugarcane.
Key Words: wastewater; Time Domain Reflectometry (TDR); Saccharum officinarum L.; root
xi SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 1 2. HIPÓTESES ... 4 3. OBJETIVOS ... 5 3.1 Objetivo geral ... 5 3.2 Objetivos Específicos ... 5 4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 6 4.1 Cana-de-açúcar ... 6 4.1.1 Sistema radicular ... 7 4.1.2 Irrigação e adubação...13
4.2 Emprego de água residuária de esgoto doméstico na agricultura ...16
4.2.1 Uso da irrigação localizada na aplicação de efluente de esgoto doméstico ...20
4.3 Efluente de esgoto tratado aplicado sobre a cana-de-açúcar: avaliações no Brasil ...28
4.4 Técnica TDR na estimativa do conteúdo de água no solo ...30
4.5 Salinidade e sodicidade do solo...34
5. MATERIAL E MÉTODOS ...40
5.1 Localização e clima ...40
5.2 Caracterização da área experimental ...41
5.3 Variedade de cana-de-açúcar ...46
5.4 Delineamento experimental ...46
5.4.1 Sistema de irrigação e plantio ...48
5.4.2 Qualidade da água de irrigação ...50
5.4.3 Adubação e fertirrigação ...52
5.5 Manejo de irrigação e tratos culturais ...53
5.6 Avaliações ...56
5.6.1 Monitoramento do conteúdo de água no perfil do solo ...56
5.6.2 Caracterização da salinidade e sodicidade no perfil do solo ...58
xii
5.6.4 Caracterização dos parâmetros vegetativos da cana-de-açúcar ...60
5.6.4.1 Sistema radicular ...60
5.6.4.2 Análise tecnológica e produtividade ...62
5.7 Análise dos resultados ...63
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO ...64
6.1 Conteúdo de água no perfil do solo ...64
6.2 Salinidade e sodicidade no perfil do solo ...74
6.3 Atributos físicos, PST e CE no perfil do solo ...80
6.4 Parâmetros vegetativos da cana-de-açúcar ...98
6.4.1 Sistema radicular ...98
6.4.2 Atributos tecnológicos e produtividade da cana-de-açúcar ... 103
7. CONCLUSÕES ... 112
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 113
9. ANEXOS ... 128
9.1 Fertirrigação mensal: cana planta e 1ª soca ... 128
9.2 Salinidade e sodicidade do solo... 134
xiii
AGRADECIMENTOS
A Deus, por abençoar e iluminar meus passos.
Aos meus pais, José Antônio e Ana Maria, ao meu irmão Lucas, à minha avó Maria, meus Tios Zé, Chico e Cirlene, que sempre estiverem ao meu lado mesmo quando eu estava distante.
À minha esposa Glenda, pelo amor e carinho a mim dedicados e pela compreensão nos momentos difíceis dessa trajetória.
Ao Prof. Dr. Edson E. Matsura, pela amizade, orientação, aprendizado, compreensão e confiança em mim depositados.
À Profa. Dra. Regina C. de M. Pires, pela amizade, co-orientação, participação ativa em diversas etapas deste trabalho, valiosos ensinamentos e numerosos conselhos.
Aos professores membros da banca examinadora (Prof. Dr. Claudinei F. Souza – CCA/UFSCar, Prof. Dr. Roberto Testezlaf – FEAGRI/UNICAMP, Prof. Dr. Rubens D. Coelho – ESALQ/USP e Profa. Dra. Tamara M. Gomes – FZEA/USP) pelas valiosas observações e contribuições para a conclusão deste trabalho.
Aos amigos que muito contribuíram para o início deste projeto: Allan C. M. de Sousa, Gustavo S. Souza, Marcelo L. C. Elaiuy.
Ao “grupo cana FEAGRI”: Aline A. Nazário, Daniel R. C. Feitosa, Eduardo A. A. Barbosa, Ivo Z. Gonçalves e Natalia F. Tuta. Amigos tão importantes quanto eu na realização desta obra.
Às amizades construídas ao longo destes anos: Adriana, Ana Elisa, Camila, Diego, Diogo, Douglas, Fábio, Fernando, Flávia, Franciana, Gabriela, Guilherme, Haroldo, Henrique, Klebson, Leandro Barros, Luís Fernando “Bixinho”, Luiz, Marcelão, Márcio, Marlus, Maycon, Michender, Milla, Monalisa, Rafael Barbosa, Rafael Leme, Rafael Mora, Rhuanito, Romeu, Roni, Rose, Tomaz, pelo apoio, otimismo e alegria compartilhados.
Aos amigos do IAC (Instituto Agronômico de Campinas) pelo auxílio incondicional e pelas valiosas “dicas de rodapé”: André, Augusto, Cida e ao Xará Léo.
Ao Programa de Pós-Graduação da FEAGRI/UNICAMP, em nome de seus funcionários Célia R. de Carvalho, Fábio E. D. Augusto, Marta A. R. Vechi, Rita de C. C. Ferreira, Sidnei de J. Trombeta e coordenadores Luiz H. A. Rodrigues e Zigomar M. de Souza pelo acolhimento, oportunidade em desenvolver este trabalho e dedicação irrestrita.
xiv
Aos laboratoristas Célia, Giovani, Júnior, Leandro, Rosa Helena, Sérgio e, em especial, a Gelson E. da Silva e Túlio A. P. Ribeiro, que sempre contribuíram com seus conhecimentos técnico-científicos para o desenvolvimento desta obra.
Aos funcionários do campo experimental (Carlão, Sr. Freire, Jamilson, João e Pequeno) e da oficina mecânica (Chicão, Devis, José Maria e Luís), pelo apoio incondicional.
Ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Processo n° 141.487/2010-0) e à FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - Processo nº 2010/15382-8) pela concessão da bolsa de estudos e à FAPESP pelo financiamento do projeto de pesquisa (Processo nº 2011/07301-0).
À Usina Costa Pinto pela doação da cana semente e à Usina Ester pela realização das análises tecnológicas da cana-de-açúcar.
Ao CPQBA (Centro Pluridisciplinar de Pesquisas Químicas, Biológicas e Agrícolas da UNICAMP), em nome do Pesquisador Ilio Montanari Junior, pelo empréstimo do sulcador para o plantio da cana-de-açúcar.
Finalmente, agradeço a todos que direta ou indiretamente compartilharam para o êxito deste trabalho.
xv
“Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.”
Antoine-Laurent de Lavoisier
“Tomar água nos dá vida, tomar consciência nos dá água.” Autor desconhecido
“Que a consciência em preservar os recursos hídricos possa inspirar o desenvolvimento sustentável, minimizando sua degradação e garantindo água em qualidade e quantidade a toda
xvii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Sistema de aquisição de imagem minirhizotron. (Fonte: adaptado de PATEÑA e
INGRAM, 2000). ... 12
Figura 2. Produtividade potencial da cultura da cana-de-açúcar (%) em função da CE
(condutividade elétrica, dS m-1) do extrato de saturação do solo e da CE da água de irrigação. (Fonte: adaptado de AYERS e WESTCOT, 1994)... 36
Figura 3. Dados mensais de precipitação, evapotranspiração de referência (ETo – estimado pelo
método de Pennam-Montheith) e temperatura média observada no decorrer da cana planta (maio/2011 a setembro/2012) e 1ª soca (outubro/2012 a agosto/2013) de cana-de-açúcar, Campinas-SP. ... 41
Figura 4. Curva de retenção de água no solo ajustada conforme modelo de Van Genuchten
(1980) para cinco diferentes camadas avaliadas em Latossolo Vermelho distroférrico, Campinas-SP ... 44
Figura 5. Croqui da área experimental e disposição dos tratamentos ... 48 Figura 6. Sulcador regulado para plantio da cana-de-açúcar em fileiras duplas de 0,4 m (a);
instrumento para instalação do tubo gotejador em duas profundidades: 0,2 e 0,4 m (b); espaçamento filas duplas (c); espaçamento entre filas duplas (d)... 49
Figura 7. Cabeçal de controle com dois conjuntos de pressurização do sistema de irrigação:
aplicação de água de reservatório superficial (a); aplicação de efluente de esgoto tratado (b) ... 50
Figura 8. Sistema de tratamento de esgoto da FEAGRI/UNICAMP. (Fonte: adaptado de
ZANELLA, 2008). ... 51
Figura 9. Lâmina mensal de irrigação para oito diferentes tratamentos empregados no decorrer
da cana planta e 1ª soca ... 55
Figura 10. Sonda TDR utilizada na experimentação ... 56 Figura 11. Sondas TDR instalados na área SE: vista do perfil (a) e vista superior (b) ... 57 Figura 12. Pontos de instalação das sondas TDR (a); tradagem para abertura de orifícios em
maiores profundidades (b); inserção de ferramenta específica para o enterrio das sondas em maiores profundidades (c); visualização dos cabos coaxial após enterrio das sondas TDR (d); suporte e proteção dos conectores (e). ... 57
Figura 13. Ponto de coleta de amostras deformadas e indeformadas no perfil do solo ... 59 Figura 14. Ferramentas para instalação dos tubos de acrílico: gabarito (a); gabarito com broca
formando ângulo de 45° (b)... 61
Figura 15. Esquema do tubo de acrílico instalado no solo e escâner CI-600 ... 62 Figura 16. Perfil de umidade do solo antes (θi) e após a irrigação (θf), em déficit (θd) e em
excesso (θe), umidade no ponto de murcha permanente (θpmp) e na capacidade de campo (θcc) e fração de água teórica disponível (f, adimensional) com desvio padrão para nove tratamentos em
xviii
dois ciclos de cana-de-açúcar (cana planta e 1ª soca) em Latossolo Vermelho distroférrico,
Campinas-SP. ... 68
Figura 17. Distribuição espacial da porcentagem de sódio trocável (PST, %) no perfil do solo ... 84
Figura 18. Distribuição espacial da condutividade elétrica do solo (CE, dS m-1) no perfil do solo ... 86
Figura 19. Distribuição espacial da densidade do solo (Ds, g cm-3) no perfil do solo ... 88
Figura 20. Distribuição espacial do diâmetro médio ponderado (DMP, mm) no perfil do solo ... 89
Figura 21. Distribuição espacial do índice de estabilidade de agregado (IEA, %) no perfil do solo ... 90
Figura 22. Distribuição espacial do grau de dispersão (GD, %) no perfil do solo ... 91
Figura 23. Distribuição espacial da porosidade total (PT, cm3 cm-3) no perfil do solo ... 92
Figura 24. Distribuição espacial da macroporosidade (Macro, cm3 cm-3) no perfil do solo... 93
Figura 25. Distribuição espacial da microporosidade (Micro, cm3 cm-3) no perfil do solo ... 94
Figura 26. Número de perfilhos por metro para 1ª soca de cana-de-açúcar em duas amostragens (189 e 252 dias após a colheita) ... 99
Figura 27. Densidade de comprimento radicular (DCR) em quatro camadas no perfil do solo (0-0,15; 0,15-0,3; 0,3-0,45; e 0,45-0,6 m) para 1ª soca de cana-de-açúcar em duas amostragens (189 e 252 dias após a colheita) ... 100
Figura 28. Porcentagem acumulada de raízes no perfil do solo para 1ª soca de cana-de-açúcar em duas amostragens (189 e 252 dias após a colheita) ... 102
Figura 29. Número de perfilhos por metro no decorrer do cultivo da cana planta e 1ª soca de cana-de-açúcar ... 104
Figura 30. Resultado das análises de Brix (Teor de sólidos solúveis do caldo, ºBrix) e Pol (Teor de sacarose aparente do caldo, %) na cana planta (358, 408 e 480 dias após o plantio – 1ª, 2ª e 3ª amostragens, respectivamente) e 1ª soca (258, 281 e 348 dias após a colheita – 1ª, 2ª e 3ª amostragens, respectivamente) de cana-de-açúcar ... 105
Figura 31. Resultado das análises de Pureza (Pureza aparente do caldo, %) e AR (Açúcares redutores do caldo, %) na cana planta (358, 408 e 480 dias após o plantio – 1ª, 2ª e 3ª amostragem, respectivamente) e 1ª soca (258, 281 e 348 dias após a colheita – 1ª, 2ª e 3ª amostragem, respectivamente) de cana-de-açúcar... 106
Figura 32. Resultado das análises de Fibra (Fibra da cana-de-açúcar, %) e ATR (Açúcar total recuperável, kg ha-1) na cana planta (358, 408 e 480 dias após o plantio – 1ª, 2ª e 3ª amostragens, respectivamente) e 1ª soca (258, 281 e 348 dias após a colheita – 1ª, 2ª e 3ª amostragens, respectivamente) de cana-de-açúcar ... 107
xix
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Fatores para escolha do método de irrigação no uso de águas residuárias ... 22 Tabela 2. Classificação da água de irrigação em relação ao potencial de risco de entupimento do
gotejador. ... 24
Tabela 3. Classificação das plantas quanto aos limites de tolerância à salinidade em função da
quantidade de sais presentes na solução do solo ou na água de irrigação. ... 35
Tabela 4. Temperatura (mínima, média e máxima) e precipitação acumulada (média) observadas
na estação meteorológica situada na Faculdade de Engenharia Agrícola da UNICAMP entre junho/1988 e outubro/2008. ... 40
Tabela 5. Caracterização inicial do solo da área experimental quanto à composição
granulométrica (g kg-1) e grau de dispersão (GD, %), Campinas-SP. ... 42
Tabela 6. Caracterização inicial do solo da área experimental quanto à densidade de partícula
(Dp, g cm-3), densidade do solo (Ds, g cm-3), macroporosidade (Macro, cm3 cm-3), microporosidade (Micro, cm3 cm-3), porosidade total (PT, cm3 cm-3) e condutividade hidráulica do solo saturado (Ks, cm h-1), Campinas-SP ... 42
Tabela 7. Caracterização inicial do solo da área experimental quanto ao diâmetro médio
ponderado (DMP, mm) e índice de estabilidade de agregados (IEA, %), Campinas-SP. ... 43
Tabela 8. Caracterização inicial da área experimental quanto à resistência e à penetração do solo
(RP, MPa) e conteúdo de água no solo (cm3 cm-3), Campinas-SP ... 45
Tabela 9. Caracterização inicial da área experimental quanto à fertilidade do solo na camada
superficial (0-0,2 m) antes da instalação do experimento, Campinas-SP. ... 45
Tabela 10. Caracterização inicial da área experimental quanto aos parâmetros sódico-salinos e
classificação do solo segundo Richards (1954), Campinas-SP. ... 46
Tabela 11. Descrição dos tratamentos empregados na área experimental ... 47 Tabela 12. Média mensal da análise química da água de reservatório superficial (ARS) e do
efluente de esgoto tratado (EET) utilizados na irrigação da cana planta e 1ª soca da cana-de-açúcar, Campinas-SP. ... 52
Tabela 13. Lâmina precipitada (LP, mm), lâmina de água de reservatório superficial (ARS, mm)
e de efluente de esgoto tratado (EET, mm) aplicado via irrigação por gotejamento subsuperficial no ciclo da cana planta e da 1ª soca, Campinas-SP ... 64
Tabela 14. Conteúdo de água no perfil do solo (0-1,0 m de profundidade) antes (θi, cm3 cm-3) e após a irrigação (θf, cm3
cm-3), em déficit (θd, cm3 cm-3) e em excesso (θe, cm3 cm-3) e fração de água teórica disponível (f, adimensional) para nove tratamentos no ciclo da cana planta e 1ª soca em Latossolo Vermelho distroférrico, Campinas-SP. ... 65
Tabela 15. Porcentagem de sódio trocável (PST, %) e pH do solo em função da qualidade de
água empregada (efluente de esgoto tratado – EET, e água de reservatório superficial – ARS) e da profundidade de instalação do tubo gotejador (0,2 e 0,4 m) no final da 1ª soca da cana-de-açúcar em Latossolo Vermelho distroférrico, Campinas-SP. ... 75
xx
Tabela 16. Parâmetros sódico-salinos e classificação do solo segundo critérios estabelecidos por
Richards (1954) para início e final da 1ª soca da cana-de-açúcar, Campinas-SP ... 76
Tabela 17. Porcentagem de sódio trocável (PST, %), condutividade elétrica (CE, dS m-1), densidade do solo (Ds, g cm-3) e diâmetro médio de poros (DMP, mm) em cinco diferentes camadas de solo (0,0-0,2; 0,2-0,4; 0,4-0,6; 0,6-0,8; e 0,8-1,0 m) para cultivo de cana-de-açúcar em Latossolo Vermelho distroférrico, Campinas-SP. ... 80
Tabela 18. Índice de estabilidade de agregados (IEA, %), grau de dispersão (GD, %), porosidade
total (PT, cm3 cm-3), microporosidade (Micro, cm3 cm-3) e macroporosidade (Macro, cm3 cm-3) em cinco diferentes camadas de solo (0,0-0,2; 0,2-0,4; 0,4-0,6; 0,6-0,8; e 0,8-1,0 m) para cultivo de cana-de-açúcar em Latossolo Vermelho distroférrico, Campinas-SP. ... 81
Tabela 19. Porcentagem de distribuição (%) dos parâmetros porcentagem de sódio trocável
(PST, %), condutividade elétrica (CE, dS m-1) e densidade do solo (Ds, g cm-3), diâmetro médio de poros (DMP, mm), índice de estabilidade de agregados (IEA, %) e grau de dispersão (GD, %) em três diferentes classes observadas no perfil (0-1,0 m) de um Latossolo Vermelho distroférrico cultivado com cana-de-açúcar, Campinas-SP. ... 82
Tabela 20. Porcentagem de distribuição (%) dos parâmetros porosidade total (PT, cm3 cm-3), microporosidade (Micro, cm3 cm-3) e macroporosidade (Macro, cm3 cm-3) em três diferentes classes observadas no perfil (0-1,0 m) de um Latossolo Vermelho distroférrico cultivado com cana-de-açúcar, Campinas-SP ... 83
Tabela 21. Conteúdo de água no solo (kg kg-1) para quatro pontos de amostragem (na projeção do tubo gotejador e em 3 pontos paralelos ao mesmo: 0,0; 0,2; 0,4; e 0,6 m, respectivamente) e em quatro camadas (0,0-0,1; 0,1-0,2; 0,2-0,3; e 0,3-0,4 m) para cultivo de cana-de-açúcar em Latossolo Vermelho distroférrico, Campinas-SP. ... 96
Tabela 22. Resistência do solo à penetração (RP, Mpa) para quatro pontos de amostragem (na
projeção do tubo gotejador e em 3 pontos paralelos ao mesmo: 0,0; 0,2; 0,4; e 0,6 m, respectivamente) e em quatro camadas (0,0-0,1; 0,1-0,2; 0,2-0,3; e 0,3-0,4 m) para cultivo de cana-de-açúcar em Latossolo Vermelho distroférrico, Campinas-SP. ... 97
Tabela 23. Condutividade hidráulica do solo saturado (Ks, cm h-1) em cinco diferentes camadas de solo (0-0,2; 0,2-0,4; 0,4-0,6; 0,6-0,8; e 0,8-1,0 m) na projeção do tubo gotejador (Ponto 0,0) para cultivo de cana-de-açúcar em Latossolo Vermelho distroférrico, Campinas-SP... 98
Tabela 24. Estimativa de produção de colmos de cana-de-açúcar (EPC, t ha-1) e rendimento teórico de açúcar recuperável (RTR, t ha-1) em função da qualidade de água empregada (efluente de esgoto tratado – EET, ou água de reservatório superficial – ARS) e da fertirrigação (com ou sem) no ciclo da cana planta (482 dias após o plantio) em Latossolo Vermelho distroférrico, Campinas-SP. ... 109
Tabela 25. Estimativa de produção de colmo (EPC, t ha-1) e rendimento teórico de açúcar recuperável (RTR, t ha-1) para nove tratamentos no ciclo da cana planta e 1ª soca em Latossolo Vermelho distroférrico, Campinas-SP. ... 110
Tabela 26. Quantidade de nutrientes aplicado mensalmente via fertirrigação em sistema de
irrigação subsuperficial utilizando Efluente de Esgoto Tratado (EET) no ciclo da cana planta, Campinas-SP. ... 128
xxi
Tabela 27. Quantidade de nutrientes aplicado mensalmente via fertirrigação em sistema de
irrigação subsuperficial utilizando Água de Reservatório Superficial (ARS) no ciclo da cana planta, Campinas-SP ... 130
Tabela 28. Quantidade de nutrientes aplicado mensalmente via fertirrigação em sistema de
irrigação subsuperficial utilizando Efluente de Esgoto Tratado (EET) no ciclo da 1ª soca de cana-de-açúcar, Campinas-SP... 132
Tabela 29. Quantidade de nutrientes aplicado mensalmente via fertirrigação em sistema de
irrigação subsuperficial utilizando Água de Reservatório Superficial (ARS) no ciclo da 1ª soca de cana-de-açúcar, Campinas-SP ... 133
Tabela 30. Análise de variância para pH, condutividade elétrica (CE), porcentagem de sódio
trocável (PST, %) e razão de absorção de sódio (RAS, mmolc dm-3) em função da qualidade de água empregada (efluente de esgoto tratado – EET, ou água de reservatório superficial – ARS), profundidade de instalação do tubo gotejador (0,2 e 0,4 m) e fertirrigação (com ou sem) no início e final da 1ª soca da cana-de-açúcar em Latossolo Vermelho distroférrico, Campinas-SP ... 134
Tabela 31. Análise de variância para estimativa de produção de colmo (EPC, t ha-1) e rendimento teórico de açúcar recuperável (RTR, t ha-1) em função da qualidade de água empregada (efluente de esgoto tratado – EET, ou água de reservatório superficial – ARS), profundidade de instalação do tubo gotejador (0,2 e 0,4 m) e fertirrigação (com ou sem) para dois ciclos de cana-de-açúcar (cana planta e 1ª soca) em Latossolo Vermelho distroférrico, Campinas-SP. ... 137
1
1. INTRODUÇÃO
Atualmente o crescimento demográfico leva a uma maior necessidade de produção de alimentos, fato que tende a forçar o aumento das áreas agricultáveis e a produtividade. Além disso, a produção de bioenergia em sistemas de produção sustentável também apresenta importância fundamental nos dias atuais. Entretanto, as condições de solo e clima das áreas para expansão nem sempre são aptas à produção agrícola, sendo frequentemente consideradas marginais devido à baixa disponibilidade hídrica e à pouca fertilidade, topografia e clima, dentre outros fatores. Deste modo, o uso da agricultura irrigada é uma técnica que pode atender a demanda por produtos agrícolas (LIMA, 2001), já que esse sistema de cultivo é responsável por 40% da totalidade de alimentos produzidos em apenas 20% da área mundial agricultada (TURRAL et al., 2011).
No Brasil, o consumo total de água pelo setor agropecuário na década de 80 era cerca de 29,5% do total em relação aos outros usos (BARTH, 1987), valor que atualmente é da ordem de 72% (ANA, 2012). Além disso, atrelado ao aumento populacional, ao desenvolvimento econômico e à demanda de água por outros setores da sociedade, há um crescente aumento na utilização dos recursos hídricos e, com isso, acréscimo no volume de esgoto gerado, implicando em degradação da qualidade da água e, consequentemente, impactos ambientais nos recursos hídricos (lagos e rios, principalmente).
Turral et al. (2011) indicam que, desde a década de 60 até os dias atuais, o uso agrícola das terras aumentou em 12% (de 1.368 para 1.527 milhões de ha), observando aumento de 117% para áreas cultivadas sob irrigação (de 139 para 301 milhões de ha) e decréscimo de 0,2% para cultivos em sequeiro (1.229 para 1.226 milhões de ha). Assim, considerando o volume de água utilizado pela agricultura irrigada (ANA, 2012), nota-se que seu uso precisa ser eficiente a fim de manter-se ambientalmente sustentável. Neste contexto, é fundamental que sejam elaboradas pesquisas relacionadas à estrutura da irrigação, seleção de cultivo e do manejo de irrigação, gestão racional e integrada da água, uso de águas de qualidade inferior e, ainda, avaliar a eficiência dos sistemas de irrigação já implantados.
Dentre os sistemas de irrigação existentes, a irrigação localizada por gotejamento é a que apresenta potencial para maximizar a eficiência de aplicação de água e nutrientes (a partir da fertirrigação). Tal sistema pode ser utilizado de duas formas: na superfície ou enterrado, também conhecida como irrigação subsuperficial (BARROS et al., 2009). Diversos pesquisadores
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mencionam que esta última opção apresenta-se viável e eficiente na busca pelo aumento de produção de alimentos e bioenergia, o que se deve às vantagens que o gotejamento enterrado apresenta em relação à aplicação de água superficial, tais como: flexibilidade do uso de maquinário agrícola; dificuldade na germinação de sementes de plantas infestantes, uma vez que o solo se mantém seco na superfície (SOUZA et al., 2007; BARROS et al., 2009); aumento na eficiência de irrigação, pois a água é aplicada ao solo em pequenas quantidades e diretamente na região radicular, com alta frequência, mantendo o conteúdo de água do solo nessa região próximo à capacidade de campo (SOUZA e MATSURA, 2004). Além disso, o fato da irrigação enterrada aplicar água diretamente na zona radicular possibilita a utilização de águas residuais, pois reduz o risco de transmissão de doenças e contaminação do operador, além de minimizar as perdas de água por evaporação (LAMM e CAMP, 2007).
A procedência da água de irrigação é muito variável, podendo-se utilizar água de rios, lagos, córregos, água subterrânea e, ainda, água residuária. Esta última se destaca por ser um recurso reutilizado proveniente de diferentes setores da sociedade, seja o urbano, o industrial ou agrícola. Considerando o aumento da demanda de água pelos diversos setores da sociedade, a necessidade de produção de alimentos e de bioenergia, o efluente de esgoto tratado (EET) torna-se uma opção para o uso na irrigação, principalmente quando as áreas irrigadas torna-se encontram próximas aos centros urbanos e pela possibilidade de se alcançar sustentabilidade ambiental. Além disso, quando comparado aos sistemas de irrigação que aplicam água na superfície do solo, o uso de EET via irrigação por gotejamento subsuperficial diminui o odor desagradável proporcionado pela decomposição do material orgânico presente.
Segundo Sandri et al. (2006), o emprego de EET na agricultura está aumentando a cada ano em muitos países, inclusive no Brasil. Isso se deve à insuficiência hídrica, às leis ambientais mais rigorosas e atuantes, ao maior controle da poluição ambiental (com redução de problemas à saúde humana e animal), a diminuição dos custos de tratamento devido à atuação do solo como alternativa para disposição e fornecimento de nutrientes e matéria orgânica às plantas, reduzindo os custos com fertilizantes químicos comerciais (SANDRI, 2003). Outro aspecto interessante e que torna a irrigação com EET atrativa é a possibilidade de liberação de recursos hídricos de melhor qualidade para outras atividades da sociedade, como o consumo humano e a dessedentação de animais.
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Salienta-se que a utilização de EET pode ser uma opção técnica-econômica viável para irrigação de diversas culturas, principalmente de culturas extensivas e de importância mundial como a cana-de-açúcar. O que se deve à crescente demanda nacional e internacional por etanol e açúcar, resultando no aumento da área plantada no Brasil (LEAL et al., 2009a) ou ainda no aumento da produtividade associado à adoção de técnicas como a irrigação (PIRES et al., 2010; BARBOSA et al., 2012).
Ainda que exista um grande potencial de uso, vale ressaltar que a aplicação frequente de efluentes na agricultura pode apresentar aspectos negativos no que diz respeito às interações do efluente com o solo, a planta e aos recursos hídricos subterrâneos, como por exemplo: adição de sódio em excesso, salinização, instabilidade de agregados, fluxo de soluções, perda da permeabilidade do solo, compactação, entre outros. Deve-se considerar que a falta de estudos para as condições edafoclimáticas tropicais, com características distintas aos das zonas áridas e temperadas, justifica o desenvolvimento de estudos, uma vez que os resultados obtidos servirão de base para o estabelecimento de critérios técnico-científicos, visando à adequação do uso do solo às práticas de irrigação com EET e considerando a sustentabilidade ambiental. Desta forma, cuidados especiais são necessários para se aplicar EET via irrigação, seja com relação ao monitoramento físico, químico e biológico da água e do solo, com relação à distribuição desse tipo de água (com qualidade inferior) no perfil do solo e lixiviação para o lençol freático.
Portanto, o monitoramento e o estudo do conteúdo de água, condutividade elétrica e salinização no perfil do solo e, também, os índices de crescimento da cultura a ser irrigada (como parâmetros tecnológicos, produtividade e sistema radicular) são fundamentais, já que fornecem informações relevantes quanto à relação entre o sistema de manejo adotado e a atual condição das plantas, permitindo, dessa forma, realizar tomada de decisão para melhoria e adequação dos tratos culturais empregados.
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2. HIPÓTESES
1. O uso de efluente de esgoto tratado na irrigação por gotejamento em cana-de-açúcar consiste em opção sustentável do ponto de vista agronômico e ambiental;
2. A cana-de-açúcar cultivada em solo de alta fertilidade apresenta aumento de produtividade quando irrigada por gotejamento utilizando efluente de esgoto tratado, mesmo em regiões úmidas com clima de transição entre Cwa e Cfa segundo classificação de Köppen;
3. Existe uma profundidade adequada de instalação do tubo gotejador na irrigação subsuperficial, de modo a minimizar as perdas de água por evaporação e por percolação profunda.
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3. OBJETIVOS 3.1 Objetivo geral
Contribuir para o entendimento dos efeitos do uso de efluente de esgoto tratado aplicado via irrigação subsuperficial sobre as propriedades físicas do solo e parâmetros vegetativos da cultura da cana-de-açúcar.
3.2 Objetivos Específicos
A partir dos diferentes tratamentos adotados objetivou-se:
1. Avaliar o uso de tubos gotejadores em duas profundidades de instalação para aplicação de EET e água de reservatório na cultura da cana-de-açúcar, submetidos ou não à fertirrigação;
2. Verificar o efeito do EET sobre os atributos físicos, salinidade e sodicidade no perfil do solo;
3. Avaliar o sistema radicular da cana-de-açúcar; e
4. Avaliar a cultura da cana-de-açúcar utilizando a análise biométrica, de qualidade tecnológica e produtividade.
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4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Desde a época das capitanias hereditárias a cultura da cana-de-açúcar é considerada importante para o crescimento econômico e social do Brasil. Atualmente, a necessidade de produção de biocombustível proporciona aumento da área cultivada com cana e, com isso, substituição ou deslocamento de culturas alimentícias (como milho, soja, feijão, entre outras) para regiões distantes dos centros comerciais ou plantio em terras com menor aptidão agrícola (proporcionando aumento dos custos com insumos e transporte). Assim, existe a necessidade de otimizar a produção na área cultivada, evitando a substituição de culturas destinadas à alimentação. Nesse sentido, o uso da técnica da irrigação com água de qualidade inferior (por exemplo, efluente de esgoto tratado – EET), surge como alternativa para emprego e verticalização do cultivo da cana-de-açúcar.
O uso de águas residuárias pode incrementar o total de áreas irrigadas, proporcionar melhoria da qualidade do produto, redução de áreas cultivadas e, acima de tudo, desenvolvimento socioeconômico e sustentabilidade ambiental. Entretanto, torna-se necessária a realização de pesquisas sobre as propriedades físicas, químicas e biológicas do solo, ao ambiente e, em especial, sobre culturas com expressão nacional e internacional, como a cana-de-açúcar, observando os reais benefícios ou prejuízos que podem ocorrer com a utilização/aplicação dos diferentes tipos de água residuárias passíveis de uso na agricultura.
4.1 Cana-de-açúcar
Segundo ProCana (2012), o setor sucroenergético movimenta cerca de R$60 bilhões (considerando a produção de cana, açúcar, etanol e bioeletricidade), o que representa cerca de 2% do PIB (Produto Interno Bruto) nacional. Além disso, o setor sucroenergético empregou cerca de 1,28 milhões de pessoas com carteira assinada no ano de 2008, o que corresponde a 2,15% dos postos de trabalho no Brasil (NEVES et al., 2009), sendo, recentemente, registrados cerca de 4,5 milhões de empregos diretos e indiretos (PROCANA, 2012).
De acordo com a Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB, 2013), a área nacional cultivada com cana-de-açúcar na safra 2012/2013 foi de 8.485 mil hectares, apresentando produção total de cana moída na ordem de 588,9 milhões de toneladas, com 69,41 t ha-1 de rendimento médio de colmos e 136 kg t-1 de ATR (açúcar total recuperável). O Estado de
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São Paulo se destaca como o maior produtor nacional de cana, apresentando 52,07% da área cultivada e produtividade média de 74,83 t ha-1 (CONAB, 2013).
Segundo Scarpari e Beauclair (2010), a cana-de-açúcar pertence à classe das monocotiledôneas, família Poacea (gramíneae) e gênero Saccharum. Embora não se tenha real ideia da sua origem, acredita-se que essa cultura seja nativa do sudeste Asiático (FIGUEIREDO, 2010). Por ser uma planta do tipo C4, a cana-de-açúcar apresenta alta eficiência na conversão de energia radiante em química, apresentando maior potencial produtivo em regiões com grande disponibilidade de radiação e elevadas temperaturas, além de necessitar de maiores quantidades de água para suprir suas necessidades hídricas (SEGATO et al., 2006)
Conforme Ripoli et al. (2006), a cultura da cana-de-açúcar é uma planta ereta, de colmo cilíndrico, com pouca ou nenhuma presença de pelos, de coloração variável, rizomatosa, formando touceiras, considerada semi-perene e que perfilha. O perfilhamento ocorre na parte subterrânea e é evidenciado após a brotação das gemas (CASAGRANDE e VASCONCELOS, 2010).
4.1.1 Sistema radicular
O sistema radicular é uma das principais partes constituintes das plantas, visto que é responsável pela sustentação e, principalmente, absorção de água e nutrientes. Assim, para o pleno entendimento do comportamento da parte aérea da cana-de-açúcar devem-se considerar os processos que ocorrem no perfil do solo, principalmente no que diz respeito à distribuição e crescimento das raízes (VASCONCELOS e GARCIA, 2005). Entretanto, segundo Vasconcelos et al. (2003), a determinação do sistema radicular é trabalhosa (pois está inserido abaixo da superfície do solo) e, ainda, sofre influência da variabilidade das propriedades físicas, químicas e biológicas do solo, podendo mascarar a quantificação das raízes.
Segundo Vasconcelos e Dinardo-Miranda (2011), o desenvolvimento radicular da cana-de-açúcar é influenciada por diversas características, como: tolerância à seca, capacidade de germinação e, ou brotação, porte da planta, tolerância à movimentação de máquinas, eficiência na absorção dos nutrientes do solo, tolerância ao ataque de pragas e parasitas do solo, dentre outros; sendo essas características determinantes na produção final da cultura. Vale ressaltar que não é a quantidade de raízes que condiciona a ocorrência das vantagens descritas, mas a sua distribuição uniforme no perfil do solo no decorrer dos ciclos de cultivo. Dessa forma, a análise do sistema
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radicular da cana auxilia no embasamento para o emprego de técnicas de manejo da cultura, como a irrigação e fertilização.
Após o plantio, as raízes da cana-de-açúcar começam a crescer a partir da região meristemática do nó e se fixam ao solo, utilizando a energia contida no próprio colmo. Com o desenvolvimento da cana e aparecimento dos perfilhos, ocorre o aumento do volume radicular (BEAUCLAIR e SCARPARI, 2007), pois cada perfilho possui seu sistema radicular independente. Com o tempo, as primeiras raízes emitidas na região do nó vão desaparecendo e as raízes oriundas dos perfilhos e colmos vão crescendo no perfil do solo e, consequentemente, aumentando a absorção e sustentação da cana (VASCONCELOS e CASAGRANDE, 2010). Para Segato et al. (2006), o sistema radicular da cana-de-açúcar é altamente ramificado do tipo fasciculado o que facilita a absorção de água e nutrientes. Ainda segundo os mesmos autores, 60% das raízes se encontram a 0,2-0,3 m de profundidade e 85% até 0,5 m de profundidade.
Em revisão sobre a fisiologia do sistema radicular, Vasconcelos e Casagrande (2010) discutem sobre o desenvolvimento das raízes em soqueiras e ao longo dos cortes de soqueiras. Segundo os autores, a morte e, ou renovação das raízes não é ocasionada pelo corte, mas devido aos ciclos de secagem e umedecimento do solo. Nesse sentido, como a cana necessita de um período de maturação para acúmulo de sacarose no colmo (redução das atividades metabólicas da parte aérea), a incidência de chuvas nesse período provoca o crescimento radicular e, consequentemente, o consumo e o menor acúmulo de sacarose no colmo. Os autores mencionam, ainda, que os sucessivos ciclos da cultura proporcionam um incremento na exploração das raízes em profundidade, já a cana planta explora mais intensamente as camadas superficiais.
Ao avaliar três épocas de coleta de raiz da cultura da cana-de-açúcar (6, 12 e 18 meses de cultivo da cana planta; pelo método do monólito) cultivada sob terra-roxa-legítima (classificação atual: Latossolo Vermelho) na Usina Tamoio, Araraquara-SP, Inforzato e Alvarez (1957) observaram uma redução das raízes na última coleta, visto que o período dessa amostragem coincidiu com a época seca e fria do ano (final do mês de agosto). Os autores relatam que as principais diferenças ocorrem nas primeiras camadas de solo, pois aos 12 meses (período com condições favoráveis de umidade do solo) foram encontrados 41,8% do total de raízes na camada de 0-0,1 m e 18,7% entre 0,1-0,2 m de profundidade; enquanto aos 18 meses (período seco) foram encontrados 23,8 e 29,5% para as respectivas camadas. No final da pesquisa obtiveram
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40,9; 71,0; e 66,0% das raízes acumuladas nos primeiros 0,3 m de profundidade para as épocas de coleta 6, 12 e 18 meses, respectivamente.
Estudando o sistema radicular da cana-de-açúcar na Venezuela (pela técnica do monólito), Avilán et al. (1978) encontraram 85% do sistema radicular a 0,3 m de profundidade. Os autores salientam que o sistema radicular sofreu interferência das propriedades físicas do solo, o que restringiu a penetração e o aprofundamento das raízes, visto que foi observada baixa macroporosidade (2,6%) na camada entre 0,25 e 0,5 m.
Alvarez et al. (2000) compararam o crescimento radicular de cana-de-açúcar crua (colhida mecanicamente) e cana-de-açúcar após queima (colhida manualmente) em dois anos consecutivos de rebrota. O experimento foi desenvolvido na Fazenda Barra do Agudo, município de Morro Agudo – SP, sob Latossolo Vermelho distrófico. Para tanto, foram coletadas amostras de “solo + raiz” com trado tradicional. Encontraram 75 e 70% de raízes nos primeiros 40 cm para cana crua no 1º e 2º ano, respectivamente; e 72 e 68% na mesma profundidade para cana queimada no 1º e 2º ano, respectivamente. Esses dados revelam um maior aprofundamento das raízes no tratamento após a queima e um acúmulo de raízes em superfície para cana crua, o que se deve à maior umidade na superfície do solo proporcionada pelo acúmulo de palhada. Além disso, nota-se que a cana-planta (1º ano de experimentação) apresentou sistema radicular mais desenvolvido que o 2º ano.
Em um ano atípico com altas precipitações, Farias et al. (2008) avaliaram a concentração de fitomassa de raízes no final do cultivo da cana-de-açúcar em tratamento irrigado (pivô central) e sequeiro no município de Capim-PB. Observaram maior acúmulo de raízes nas camadas superficiais nos dois tratamentos ao longo do experimento, ocorrendo diferenças entre os tratamentos aos 60 DAP. Ao ser irrigada, a cultura emitiu as raízes rapidamente (em virtude da maior umidade) e apresentou um maior volume de raízes nos primeiros 0,15 m de profundidade; entretanto, o tratamento sequeiro apresentou maior quantidade de raízes na camada de 0,16-0,3 m, o que pode ter ocorrido em função da pouca precipitação observada entre o 30º e 60º dia de cultivo. Os autores concluíram que ambos os tratamentos apresentam 75% das raízes concentradas nos primeiros 0,45 m de profundidade.
Santos (2010) conduziu experimento na Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócios (APTA), em Jaú-SP, com objetivo de determinar a distribuição do sistema radicular de duas cultivares de cana-de-açúcar (RB86-7515 e RB85-5536) sob irrigação por
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gotejamento subsuperficial e em sequeiro. Para tanto, imagens do perfil do solo foram capturadas e, em seguida, analisadas no programa SAFIRA. O comprimento de raízes apresentou diferença na cana planta para cultivar RB86-7515, com tratamento sequeiro apresentando maior quantidade de raízes em profundidade; no segundo ano não houve diferença entre tratamento sequeiro e irrigado. Em geral, foi observada maior deficiência hídrica no primeiro ano de cultivo, o que pode ter possibilitado maior aprofundamento das raízes. Entretanto, não foram observadas diferenças no comprimento de raiz na cultivar RB86-5536 quando utilizados tratamentos irrigados ou sem irrigação. Apesar de apresentar menor quantidade de raízes em todas as camadas, a cultivar RB86-7515 mostrou uma distribuição mais homogênea ao longo do perfil. Além disso, o autor concluiu que o manejo irrigado proporcionou uma distribuição homogênea das raízes no perfil do solo, não havendo predominância de sua ocorrência na camada superficial, como no manejo sequeiro.
Objetivando avaliar o sistema radicular da cana-de-açúcar (cultivar SP90-3414) irrigado com efluente de esgoto tratado, Sousa et al. (2013) coletaram imagens do perfil do solo e analisaram com programa SIARCS 3.0. Quatro tratamentos foram avaliados: sem irrigação (TSI); irrigação atendendo 50% (T50%), 100% (T100%) e 200% (T200%) da necessidade hídrica da cultura. Os tratamentos com maiores lâminas (T100% e T200%) apresentaram menor área e comprimento de raízes nas camadas mais profundas. O TSI, T100% e T200% apresentaram 80% das raízes até 0,4 m de profundidade, já o T50% apresentou 80% do total de raízes até 0,6 m de profundidade. Segundo os autores, o maior aprofundamento do T50% é devido à menor expansão lateral das raízes. Essa uniformidade entre o tratamento sequeiro e os que receberam maior lâmina de irrigação (T100% e T200%) pode ter ocorrido em virtude das altas precipitações observadas no ano agrícola 2009/2010 (safra em que foi realizada a avaliação).
A quantidade de métodos para análise de raiz é numerosa. Nesse sentido, Vasconcelos et al. (2003) realizaram testes comparativos entre cinco diferentes métodos de avaliação do sistema radicular no município de Tarumã-SP, quais sejam: (1) monólito com medição de comprimento, (2) monólito com pesagem de massa seca (3) trado com pesagem de massa seca, (4) perfil com medição de comprimento por meio de imagens digitais e (5) perfil com contagem do número de raízes. Foram utilizadas duas variedades de cana-de-açúcar, dois sistemas de colheita (crua/mecanizada e queimada/manual) em quatro profundidades. Os autores constataram que existe relação linear simples entre os métodos estudados, exceto quando se utiliza o trado, pois
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este superestimou a quantificação das raízes. Além disso, concluíram que os métodos de perfil foram os mais adequados para detectar diferenças entre tratamentos, já que apresentaram menores coeficientes de variação.
Nesse contexto, Vasconcelos et al. (2003) recomendam algumas caraterísticas a serem consideradas na escolha do método utilizado na avaliação do sistema radicular: sua precisão, quais parâmetros que serão quantificados, os objetivos da pesquisa, cultura em questão e as condições em que ela se desenvolve. Além destes, deve-se procurar utilizar métodos rápidos, menos trabalhosos (quando comparado aos métodos de perfuração convencional do solo) não destrutíveis e que permitam observações periódicas, ou seja, análise da longevidade das raízes. Tais características podem ser obtidas ao utilizar o método minirhizotron, já que após sua instalação as leituras são realizadas sem novos impactos ao estande de plantas e no mesmo local (BRAGG et al., 1983; CHENG et al., 1991; RYTTER e HANSSON, 1996; DILUSTRO et al., 2002), além de permitir a observação dos ciclos de nascimento e morte (WALLANDER et al., 2013), características fundamentais quando se deseja avaliar experimentos por vários anos.
A técnica do minirhizotron baseia-se na coleta de imagens do sistema radicular in loco com auxílio de tubos transparentes instalados no perfil do solo, permitindo que as raízes possam crescer e se distribuir em interface solo-tubo (BRASIL et al., 2007). Segundo Santos Júnior et al. (2007), o uso desse método permite mensurar a produção, alongamento e mortalidade do sistema radicular de forma independente. Johnson et al. (2001) realizaram uma revisão sobre
minirhizotrons, na qual relatam sobre instalação, angulação e proteção dos tubos transparentes,
frequência de coleta dos dados, qualidade dos dados coletados, dentre outras informações relevantes.
Himmelbauer et al. (2004) salientam que a avaliação radicular é um processo complexo e caro, mas que a análise via imagem digital fornece uma oportunidade para facilitar o processo de análise. Segundo os mesmos, a avaliação do comprimento e área radicular fornece informações relevantes sobre a absorção de água e nutrientes.
O sistema minirhizotron é formado por um tubo de observação transparente instalado no solo, uma câmera de vídeo com ajustes de foco e nível de luz, um sistema de gravação (videocassete), um monitor para acompanhar e visualizar a coleta das imagens e outros acessórios (CHENG et al., 1991). Na Figura 1 é apresentada uma foto ilustrativa dos equipamentos que compõem o sistema minirhizotron (PATEÑA e INGRAM, 2000).
12 Minirhizotron Caixa de controle Sistema de gravação Computador/ Monitor
Figura 1. Sistema de aquisição de imagem minirhizotron. (Fonte: adaptado de PATEÑA e INGRAM, 2000).
Os tubos transparentes são fabricados em diversos tipos de materiais, como: vidro, acrílico, policarbonato, etc. (CHENG et al., 1991; JOHNSON et al., 2001). Segundo Johnson et al. (2001), tubos instalados em ângulos expressam resultados mais confiáveis sobre a distribuição vertical de raízes quando comparado a tubos instalados na horizontal, visto que tubos angulares são mais fáceis de serem instalados e não necessita de abertura de trincheiras para sua alocação (como ocorre na instalação dos tubos horizontais).
Johnson et al. (2001) listaram 25 estudos com diferentes ângulos de instalação dos tubos de acesso, observaram que 24 e 28% dos trabalhos utilizaram ângulos com 30º e 45º em relação à superfície do solo, respectivamente. Bragg et al. (1983) compararam quatro métodos de avaliação de raiz sobre a cultura da aveia, dentre eles minirhizotrons instalados verticalmente e em um ângulo de 45º. Foi observada alta correlação entre os dados obtidos com tubos instalados em um ângulo de 45º e quando determinado o comprimento de raízes extraídas do solo e lavadas. Concluíram que a instalação na vertical deve ser evitada, pois as raízes tendem a crescer para baixo ao longo do tubo, fato não observado quando os tubos foram instalados em ângulo. Assim, tubos instalados na vertical podem superestimar os valores de densidade de comprimento radicular em camadas mais profundas (LINSENMEIER et al., 2010).
Segundo Wallander et al. (2013), atualmente são utilizados dois tipos comerciais de
minirhizotron, dentre eles o desenvolvido pela CID (CID Bio-Science Inc., Camas, WA, EUA).
Esse equipamento permite a obtenção de imagens com alta definição (até 23,5 milhões de pixels) e em cores, com leituras lineares e sem distorções, em 360º e com dimensões de 21,59 x 19,56
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cm, possui interface USB que possibilita interação com computador portátil em campo (CID BIO-SCIENCE, 2010), além de serem adequados para monitorar o crescimento detalhado de raízes individuais (DANNOURA et al., 2008).
Embora apresente várias vantagens, o uso de minirhizotrons apresenta algumas deficiências, como tempo para processamento de imagem (principalmente ao intensificar o número de amostragens, profundidades avaliadas e tubos utilizados), incerteza quanto à morte das raízes (a imagem pode ter ficado obscura ou quando houve movimentação do tubo) (WALLANDER et al., 2013), além da possibilidade de ocorrerem modificações no ambiente natural de crescimento radicular próximo ao contato solo-tubo, resultando em anormalidades (CHENG et al., 1991), e do alto custo de aquisição (leitores, tubos transparentes e softwares de manipulação de imagens).
Estudos relacionados à qualidade e quantidade do sistema radicular são imprescindíveis para avaliar o manejo empregado e, ou para determinar a resposta de estudos científicos. Embora os métodos de observação radicular via imagem possuam limitações, eles apresentam muitas vantagens na compreensão do desenvolvimento das raízes. Nesse sentido, o emprego de
minirhizotrons apresenta-se como ferramenta eficiente no estudo radicular, visto sua praticidade,
rapidez e, principalmente, pelo baixo efeito destrutivo ao solo.
4.1.2 Irrigação e adubação
O principal objetivo da irrigação é suprir a demanda hídrica das plantas para que se possa garantir o estabelecimento e uma boa produtividade das culturas. É uma técnica necessária em determinadas épocas do ano ou em determinadas localidades, principalmente quando o cultivo é influenciado por alguns fatores de ordem climática e geográfica que se apresentam determinantes para a escassez de água e restrição da atividade agrícola, como, por exemplo, a distribuição irregular da precipitação, ocorrência de sazonalidade das épocas do ano (períodos secos e chuvosos), posicionamento geográfico das fontes hídricas (contraste entre regiões hidrográficas, por exemplo) ou pelas condições edafoclimáticas da Região (Áridas e Semi-Áridas, por exemplo).
Desta forma, segundo Dantas Neto et al. (2006), a irrigação se torna uma prática essencial para manutenção e aumento da produtividade dos cultivos, principalmente de espécies com grande importância econômica como a cana-de-açúcar. Dentre as vantagens de se praticar a
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irrigação nesta cultura, destaca-se o melhor desenvolvimento inicial, aumento de produtividade (MARQUES et al., 2006; SANTOS e FRIZZONE, 2006), longevidade das soqueiras (FRIZZONE et al., 2001), redução da oscilação anual da produção, aumento do perfilhamento, dentre outros.
Tais benefícios fazem da irrigação uma atividade necessária para aumento vertical da produção canavieira, o que reduz, consequentemente, a ampliação de áreas plantadas ou a substituição de outras culturas agrícolas pelo plantio de cana-de-açúcar. De forma idêntica, a fertilização do solo proporciona aumento e, ou mantém a produção e, também, prolonga o tempo de vida útil do canavial (STAUT, 2006). Porém, salienta-se que o emprego da irrigação e fertilização deve ser eficiente e racional, já que tanto a escassez quanto o excesso de água (SILVA et al., 2009) ou da adubação prejudicam o desenvolvimento da cultura.
Com objetivo de verificar o efeito da frequência da irrigação por gotejamento subsuperficial (IGSs) no desenvolvimento da cana planta em Botucatu-SP, Dalri e Cruz (2002) estabeleceram três frequências de irrigação, onde a irrigação era acionada quando a evapotranspiração da cultura (ETc) atingia 10, 20 e 30 mm. Não foram observadas diferenças significativas entre os tratamentos irrigados, mas foi observado diferença entre os tratamentos irrigados com a testemunha (sem irrigação), evidenciando que a irrigação favorece o aumento da produção na cana-de-açúcar. Além disso, os autores observaram que a fertilidade e a capacidade de armazenamento de água do solo proporcionaram uma produtividade razoável no tratamento sequeiro. Nos ciclos seguintes (1ª e 2ª soca), Dalri e Cruz (2008) fixaram a lâmina de água aplicada em 20 mm e variaram os teores de nitrogênio (N) e potássio (K), onde NK50, NK100 e NK150 correspondem a 50%, 100% e 150% da necessidade de N e K para a cana-de-açúcar, respectivamente. Observaram que os tratamentos irrigados e com as maiores doses de fertilizantes apresentaram as maiores produtividades, além de não terem sido observadas alterações nos atributos tecnológicos do caldo cana após sucessivas irrigações.
Ao avaliar os parâmetros de crescimento, qualidade e rendimento da 1ª soca de cana-de-açúcar quanto a diferentes lâminas de irrigação (em pivô rebocável) e dois níveis de adubação de cobertura no Município de Capim, Paraíba, Dantas Neto et al. (2006) observaram que a dose de adubação influenciou mais que a lâmina de irrigação (para os parâmetros analisados) e concluíram que os fatores (lâmina de irrigação e doses de adubação) atuaram de forma independente sobre as variáveis analisadas. Na mesma localidade, Silva et al. (2009) estudaram o
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crescimento da cana-de-açúcar com e sem irrigação complementar (via pivô central rebocável) sob quatro diferentes níveis de adubação de cobertura nitrogenada e potássica. Ao final, os autores concluíram que a cana-de-açúcar irrigada apresentou o melhor desempenho em todas as variáveis avaliadas quando comparado ao tratamento sem irrigação, exceto para comprimento de colmo que foi influenciado pela interação “irrigação x adubação”.
Quintana et al. (2012) avaliaram os parâmetros tecnológicos e a produtividade da cana planta (variedade RB85-5453) submetida a IGSs com ou sem adição de boro no plantio, em Barretos-SP. O experimento foi implantado em esquema fatorial 3x2, sendo três formas de condução da cultura: sequeiro, irrigado e fertirrigado (com nitrogênio e potássio); e dois níveis de boro no plantio: sem e com boro. Quando comparado ao tratamento sem irrigação, foi observado incremento de 14,9% no ATR e 30,8% na produtividade com uso da IGSs, e 16,8% no ATR e 42,3% na produtividade com o uso da fertirrigação. Por último, concluíram que a aplicação de boro não alterou as variáveis tecnológicas avaliadas e que o uso da irrigação na cultura da cana-de-açúcar aumenta a produtividade e a quantidade de açúcar recuperável, além de reduzir o teor de açúcares redutores do caldo.
Em experimento realizado em Jaú-SP, Gava et al. (2011) avaliaram três variedades de cana-de-açúcar (RB86-7515; RB85-5536 e SP80-3280) e dois manejos da cultura (sistema de irrigação por gotejamento subterrâneo e sistema de sequeiro) quanto à produtividade e alguns parâmetros tecnológicos (sacarose – Pol, e Fibra da cana-de-açúcar). A produtividade média das 3 variedades aumentou em 20% na cana planta e 28% na 1ª soca e proporcionou um incremento médio de 24% na produção de colmos e 23% na produção de açúcar. A variedade SP80-3280 apresentou o melhor rendimento quando submetida à irrigação, seguida da RB86-7515 e RB85-5536, respectivamente; a SP80-3280 também apresentou a maior eficiência de uso da água, indicando que é possivelmente a mais sensível ao estresse hídrico. Por fim, os autores concluíram que as variedades estudadas apresentam diferentes respostas à disponibilidade hídrica.
Barbosa et al. (2012) estudaram o efeito da irrigação, aplicação de vinhaça e fertirrigação mineral via IGSs sobre a produção de colmos e qualidade do caldo da cana-planta, em Guaira-SP. Para tanto, avaliaram tratamentos sem irrigação e tratamentos irrigados suprindo as necessidades da planta de forma total ou complementar. Independente do manejo da fertirrigação, o uso da irrigação proporcionou aumento no número de perfilhos e no índice de área foliar quando comparado ao cultivo sem irrigação. Além disso, quando comparado ao tratamento sem irrigação,
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a complementação de K pela vinhaça proporcionou maior produção de colmos e, ainda, a irrigação e a fertirrigação com a vinhaça atendendo toda necessidade de NK proporcionou maior rendimento teórico de açúcar recuperável (ATR). Nos três cortes seguintes (1ª, 2ª e 3ª soca), Barbosa et al. (2013) substituíram o tratamento que supria toda demanda de NK pelo tratamento que atendia nitrogênio, fósforo e potássio – NPK. Os resultados demonstraram que o uso da irrigação, fertirrigação e aplicação de vinhaça não alterou a qualidade tecnológica da cana-de-açúcar; a irrigação associada à fertirrigação mineral ou irrigação associada à fertirrigação mineral e vinhaça aumentou o número de perfilhos nas 2ª e 3ª socas; quando a vinhaça foi utilizada, a produção de colmos aumentou na 3ª soca.
Em geral, a utilização da irrigação ou a sua associação com a fertilização proporciona aumento na produção da cana-de-açúcar e melhoria da qualidade tecnológica do seu caldo. Entretanto, a falta ou excesso de água e nutrientes compromete o desenvolvimento das plantas e, consequentemente, a saúde financeira do agricultor. Assim, considerando os problemas relacionados à escassez dos recursos hídricos e as deficiências nutricionais, responsáveis por restringir o desenvolvimento normal das plantas, estudos relacionados a práticas eficientes de manejo de irrigação e avaliação in loco da fertilidade do solo são indispensáveis para evolução dos cenários produtivos, principalmente quando se deseja aumentar verticalmente a produção.
4.2 Emprego de água residuária de esgoto doméstico na agricultura
A utilização de fontes alternativas no fornecimento de água para irrigação se torna uma escolha economicamente viável e ambientalmente sustentável, já que é grande o consumo de água pelo setor agrícola (ANA, 2012). Nesse sentido, a reutilização de água proveniente de estações de tratamento de esgoto (EET – efluente de esgoto tratado) apresenta-se como opção para reverter o quadro de escassez e, ainda, proporcionar benefícios sociais e ambientais, pois constitui num método que minimiza a poluição nos mananciais e possibilita a liberação de recursos hídricos de melhor qualidade para atividades mais nobres e exigentes em qualidade, como o abastecimento público (devido à substituição da água potável por água que já foi previamente usada), visando o emprego racional e eficiente de água na agricultura (ANDRADE et al., 2005; CERQUEIRA et al., 2008; DANTAS e SALES, 2009; SANDRI et al., 2009; ANA, 2012) e, também, possibilitando a geração de empregos ao longo de toda cadeia produtiva.
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Salienta-se que a partir do desenvolvimento industrial e crescimento populacional houve aumento expressivo na geração de resíduos sólidos e águas residuárias (TASSO JÚNIOR et al., 2007), principalmente advindas de esgoto doméstico – representando uma fonte de contaminação tanto do solo quanto da água.
Segundo Pescod (1992), a irrigação é uma forma eficaz de utilização de EET; no entanto, esse resíduo necessita de tratamento prévio para que seja fornecido às plantas. Em sua revisão, o autor apresenta diferentes métodos convencionais que podem ser utilizados no tratamento de água residuária, ressaltando que o tratamento mais apropriado é aquele que proporciona um efluente com níveis microbiológicos e químicos adequados com menor custo de operação/manutenção do sistema.
O emprego de tratamentos convencionais se caracteriza por uma combinação de processos biológicos, químicos e operações físicas para remoção de sólidos, matéria orgânica e, às vezes, nutrientes químicos em excesso; resultando em água com sólidos inorgânicos e matéria orgânica em suspensão ou dissolvidos (PESCOD, 1992).
Em contrapartida, se o esgoto não passar por nenhum tipo de tratamento é observada a ocorrência da decomposição do material orgânico presente (culminando na produção de gases de odor desagradável), além da possibilidade de haver eutrofização de mananciais (decorrente da presença de nutrientes presentes no esgoto). Cumpre ressaltar que o lançamento de esgoto em cursos d’água necessita de tratamento prévio (conforme resolução CONAMA nº430 de 2011, que dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes). Caso essa resolução não seja acatada e, consequentemente, o resíduo bruto seja lançado diretamente nos cursos d’água, haverá danos ao desenvolvimento e sobrevivência da flora e fauna aquática, já que as concentrações de oxigênio dissolvido em água serão reduzidas. Isso ocorre, sobretudo, pelos altos teores de nitrogênio e fósforo presentes no esgoto, valores que podem ultrapassar o limite permitido pela resolução CONAMA nº357 de 2005.
Por meio da resolução CONAMA nº357, de 2005, as águas são divididas em três categorias: doce, salina e salobra; sendo que cada uma apresenta sua subdivisão: água doce apresenta cinco subclasses (classe especial, classe 1, 2, 3 e 4); água salina apresenta quatro subclasses (classe especial, classe 1, 2 e 3) e água salobras apresenta quatro subclasses (classe especial, classe 1, 2 e 3). Segundo esta mesma resolução, cada classe de água apresenta limites em sua qualidade (sejam parâmetros físicos, biológicos ou químicos), o que permite qualificar a
